Innere Energie eines eingeschlossenen Gases

Pumpernickl · Anmeldungsdatum: 27.08.2020 Beiträge: 1

Meine Frage:
Hallo zusammen,

In einem Physiktext habe ich folgenden Versuch zum 1. Hauptsatz der Thermodynamik gelesen.
Bei dem Text verstehe ich nicht, warum die innere Energie im eingeschlossenen Gas (Luft) nach dem Versuch genauso groß ist wie vor dem Versuch Meiner Meinung nach müßte die innere Energie nach dem Versuch höher sein als vor dem Versuch, weil das Gas nach dem Versuch immer noch einen etwas höheren Druck hat als vor dem Versuch (der Luftpumpenkolben wird ja nicht losgelassen). Hier ist der Text:
Bei einer Fahrradluftpumpe mit Metallzylinder (gutes Wärmeleitvermögen) wird der Kolben zunächst ganz nach hinten ausgezogen, die Auslassöffnung zugehalten und anschließend der Kolben soweit es geht hineingedrückt. Der Kolben soll so dicht an der Innenwand des Zylinders anschließen, dass keine Luft entweichen kann.
Dabei spürt man einerseits, dass man an dem Kolben Arbeit ?W verrichtet ? man muss heftig drücken ? anderseits wird es in der Hand, die die Pumpe unten hält und die Auslassöffnung verschließt, warm. Es ist die Wärme ?Q entstanden.Ergebnis: Im Ausgangszustand kann man die Luft durch die einfachen Zustandsgrö-ßen p1, V1, T1 ? also durch einen bestimmen Druck, ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Temperatur beschreiben. Die Arbeit ?W, die am Kolben verrichtet wurde, äußert sich in Wärme ?Q, die die innere Energie U der eingeschlossenen Luft erhöht. Wenn wir eine Weile warten, kühlt sich die Luftpumpe jedoch ab ? die Wärme verteilt sich in den umgebenden Raum, bis die Luftpumpe wieder Umgebungs-temperatur (Ausgangstemperatur) angenommen hat. Der Druck auf den Kolben lässt nach. Wenn die Luft zuvor die innere Energie U hatte, wurde diese zwischenzeitlich um ?U auf U1 vermehrt, um nach Abkühlung wieder auf U zurückzukehren. Man kann sagen, durch das geschlossene System der Luftpumpe wurde die Energie ?U so transportiert, dass die dem System zugeführte mechanische Energie ?W als Wärme ??Q wieder entzogen wurde.

Meine Ideen:
Im Text wird gesagt, daß nach dem Hineindrücken des Kolbens in die Luftpumpe sich die eingeschlossene Luft aufgrund der Volumenarbeit zunächst erwärmt (Umwandlung von mechan. Arbeit in Wärmeenergie) und dann wieder auf die ursprüngliche Temperatur zurückgeht (die Wärmeenergie wird an die Umgebung abgegeben). Wenn ich den Versuch richtig verstehe, wird aber (auch nach Abkühlung der Luft in der Pumpe) trotzdem immer noch der Kolben in die Pumpe hineingedrückt gehalten, d.h. der Druck in der Luftpumpe ist immer noch größer als der Umgebungsluftdruck (er nimmt mit sinkender Temperatur in der Pumpe zwar etwas ab, müßte aber immer noch höher sein als der äußere Luftdruck, da das Luftvolumen in der Pumpe kleiner ist als im Ausgangszustand und die Luftteilchenzahl in der Pumpe konstant geblieben ist ). D.h. in der Pumpe müßte der Luftdruck immer noch größer sein als in der Umgebung. Trotzdem steht im Text, daß die innere Energie wieder den ursprünglichen Ausgangswert U vor Versuchsbeginn annimmt , Zitat:

"um nach Abkühlung wieder auf U zurückzukehren."

Das bedeutet ja, daß der (im Vergleich zum Versuchsbeginn) höhere Luftdruck in der Pumpe gar keinen Einfluß mehr auf die innere Energie der eingeschlossenen Luft hat? D.h. zwei Gase mit derselben Temperatur und derselben Teilchenzahl haben dieselbe innere Energie, auch wenn der Druck in Gas 1 größer ist als der Druck in Gas 2?

Dem widerspricht aber, daß Gas 1 wegen des höheren Druckes mehr Volumenarbeit verrichten kann als Gas 2, also den Luftpumpenkolben beim loslassen weiter zurückschiebt als Gas 2?
Hier steh ich voll auf dem Schlauch :-(
Ich hoffe, Ihr könnt mir weiterhelfen!

Viele Grüße

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5870

<> · Gast

Hallo Myon,

vielen Dank für Deine sehr ausführliche Antwort! smile